全氟辛烷磺酸(PFOS)的紫外光化学降解

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全氟辛烷磺酸(Perfluorooctane Sulfonate,PFOS)是一种典型的持久性有机污染物(Persistent Organic Pollutants,POPs)。具有难降解、生物蓄积、传播范围广等性质,威胁人体、生物体健康。PFOS具有稳定的物化性质,其C—F碳氟键十分稳定,键能达到486 kJ/mol,不容易发生断裂并且难以在自然环境中发生降解。研究表明,PFOS会通过空气、水体、食物链等方式进行传播,造成污染。因此,需要寻找一种高效、经济、简约的方法降解PFOS。生物法对于PFOS降解效果不明显,物理去除法未能有效降解污染物质,而光化学技术具有成本低、易操作、降解效果优良等特点被大多数学者采用。本论文在光化学反应体系下,通过单因素法探讨PFOS降解率和脱氟率的影响,通过正交试验法得出PFOS最佳工艺组合。在此基础上进一步分析PFOS降解中间产物与降解机理,并提出降解路径,以期为其他全氟化合物的紫外光降解提供参考。研究结果如下:1.为优化全氟辛烷磺酸(PFOS)的紫外光降解条件,研究PFOS在暗反应(Dark)、暗反应/碘化钾体系(Dark/KI)、紫外(UV)、紫外/碘化钾体系(UV/KI)、真空紫外(VUV)及真空紫外/碘化钾体系(VUV/KI)等6种反应条件下的降解效果。结果表明,在Dark、Dark/KI体系下,PFOS均不会降解;在UV、UV/KI、VUV体系下,PFOS降解率均低于30%;在VUV/KI体系下8 h PFOS的降解率可达70%。2.在自制的光化学反应器中,VUV/KI体系下以单因素分析法研究了 PFOS初始浓度、pH、KI添加量对PFOS降解效果的影响。PFOS降解率随着PFOS的浓度升高而降低,随着KI添加量的增加而提升,pH升高则促进PFOS的降解。pH、KI添加量、反应时间3种因素对PFOS降解率的影响程度依次为:pH>反应时间>KI添加量。在KI用量为2 mmol/L,反应时间8 h,pH=11时,PFOS的降解率达到最大值87.9%。3.研究了 PFOS降解动力学和脱氟效果。在VUV/KI体系下,紫外光降解PFOS过程符合一级反应动力学。在影响因素PFOS初始浓度、pH值和KI添加量实验中,R2在0.92以上,拟合性良好。研究了反应8h后PFOS的脱氟率。PFOS的脱氟率随着PFOS初始浓度降低而升高。提升pH值和增大KI添加量会促进PFOS的脱氟,并在pH=11时脱氟率达到最大值26.0%。4.通过中间产物分析提出PFOS在紫外光下的降解机理与路径。轨道阱液质联用仪共鉴定出全氟辛酸(PFOA)、全氟丁酸(PFBA)、五氟乙烷磺酸(PFEtS)、五氟丙酸甲酯(MPFA)、三氟乙酸甲酯(MTFA)和三氟乙酸(TFA)等6种中间产物。PFOS的降解过程包括脱磺酸基团以及脱碳碳键反应。研究显示,水合电子是PFOS紫外光降解过程中的主要活性因子,VUV/KI反应体系可有效降解PFOS。降解路径及降解机理的分析可为其他全氟化合物的紫外光降解提供参考。
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